کلّ حیات موجود در زمینْ متکی به بیست نوع مولکول آلی استاندارد، به نام اسیدهای آمینه، است که سازنده‌ی پروتئین‌ها هستند. اما آیا داستان باید به همین صورت می‌بود؟

اخترشناسان در کهکشان 220 Arp سیانید هیدروژن و متانیمین کشف کردند: دو ترکیب کربنی که در اثر ترکیب با آب اسید آمینه‌ی گلیسین ایجاد می‌کنند.

ترجمه: نیلوپر

ویرایش: شادی حامدی

 

در ساختمان بدن همه‌ی موجودات زنده‌ی روی زمین فقط از بیست نوع اسید آمینه استفاده شده، اگر چه صدها نوع دیگر در طبیعت موجود است. موضوعی که اسباب شگفتی پژوهشگران شده این است که آیا حیات قادر بود بر مبنای مجموعه‌ای متفاوت از اسیدهای آمینه‌ی موجود به ‌وجود بیاید؟ علاوه بر آن، آیا حیات در هر جای دیگری، که از مجموعه‌ای جایگزین از سنگ‌بناهای سازنده‌ی حیات استفاده کرده است، می‌توانست ایجاد شود؟

استفن فریلند از مؤسسه‌ی اخترزیست‌شناسی ناسا در دانشگاه هاوایی می‌گوید: «حیات روی زمین از سه میلیارد سال پیش تاکنون همواره از مجموعه‌ی استانداری از بیست نوع اسید آمینه برای ساختن پروتئین‌ها استفاده کرده است. برای ما مدام روشن‌تر می‌شود که اسیدهای آمینه‌ی دیگری نیز بوده‌اند که نامزد محتمل و پذیرفتنی برای ایجاد حیات باشند، و اگرچه گمانه‌زنی‌ها و فرضیاتی راجع به چگونگی شکل‌گیری حیات در زمین وجود دارد، فرضیات آزمون‌پذیر بسیار اندکی در این زمینه وجود دارند».

به این ترتیب، فریلند و گایل فیلیپ، همکار او در دانشگاه هاوایی، آزمایشی را طراحی کردند تا دریابند آیا بیست اسید آمینه‌ای که سنگ‌بنای حیات زمینی‌اند تصادفی انتخاب شده‌اند یا این‌که تنها انتخاب ممکن برای شکل‌دهی حیات بوده‌اند. اسیدهای آمینه مولکول‌هایی هستند که اغلب از کربن، هیدروژن، اکسیژن، و نیتروژن ساخته می‌شوند. آن‌ها در شکل‌هایی یگانه کنار یکدیگر چیده می‌شوند تا مولکول‌های بزرگ‌تری به نام پروتئین‌ها را، که عهده‌داران اصلی فعالیت‌های زیستی‌اند، شکل بدهند.

فریلند در مجله‌ی آستروبیولوژی (اخترزیست‌شناسی) در این‌باره چنین گفت: «در حقیقت تنوع نامحدودی از اسیدهای آمینه وجود دارد. در درون این شمار نامحدود، تا آن‌جا که ما می‌توانیم بگوییم، (هنگام پیدایش حیات بر زمین) شمار بسیار بیشتری از این بیست نوع اسید آمینه وجود داشته‌اند».

 

آزمودن احتمال‌ها

پژوهشگران مجموعه‌ای از اسیدهای آمینه‌ی ممکن را تعریف کرده‌اند که حیات از میان آن‌ها بیست نوع خود را برگزیده است. آن‌ها با اسیدهای آمینه‌ی کشف‌شده در شهاب‌سنگ موسوم به مِرکِسان – سنگی آسمانی که در شهریور 1348 / سپتامبر 1969 در ویکتوریای استرالیا سقوط کرد – تحقیقات خود را آغاز کردند. به نظر می‌رسید که زمان شکل‌گیری این سنگ به اوایل پیدایش منظومه‌ی شمسی بازمی‌گردد و این سنگ نمونه‌ای از ترکیبات موجود در منظومه‌ی شمسی و زمین را در پیش از پیدایش حیات نشان می‌دهد. سپس دانشمندان با شبیه‌سازی رایانه‌ای، خواص بنیادی بیست اسید آمینه‌ی استفاده‌شده در حیات – از قبیل اندازه، بار الکتریکی و آب‌دوستی، یا میزان جذب مولکول‌ها به سوی آب – را برآورد کردند.

به باور دانشمندان، این سه ویژگی بر روش‌هایی که اسیدهای آمینه پروتئین‌ها را می‌سازند تأثیر می‌گذارند. در تحلیل فریلند و فیلیپ این سوال مطرح شد که آیا ممکن بود این خواص با همین میزان پوشش و کارایی در ترکیبات دیگری از این بیست اسید آمینه هم به دست بیایند یا خیر.

فریلند می‌گوید: «پژوهشگران دریافتند که از قرار معلوم حیات، بیست سنگ‌بنای سازنده‌ی خود را به‌طور تصادفی انتخاب نکرده، و بسیار بعید است که شانس به‌تنهایی توانسته باشد مجموعه‌ای از اسیدهای آمینه را، که بنای حیات روی زمین شدند، انتخاب کرده باشد».

 

انتخاب طبیعی

در حقیقت، پژوهشگران معتقدند که شاید حیات اولیه روی زمین از نوعی «انتخاب طبیعی» برای گزینش این بیست اسید آمینه استفاده کرده است. بر اساس این نظریه، احتمالاً ترکیبات مختلف دیگری از اسیدهای آمینه هم آزمایش شده‌اند اما هیچ‌یک از آن ترکیبات کامل نبوده و نتوانسته‌اند به تعداد مجموعه‌ی فعلیْ اولادِ موفق تولید کنند. فریلند می‌گوید: «آزمونی بسیار ساده یافتیم که نشان می‌دهد حیات دقیقاً به کاری که انجام می‌‌‌‌‌داده اشراف داشته است. این با عقیده‌ای که می‌گوید انتخاب طبیعی زیر پوست طبیعت در جریان است سازگاری دارد».

به باور آرون بورتن، پژوهشگر پسادکتری اخترشیمی در مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا، فهم تجربی این‌که چرا طبیعت این بیست اسید آمینه را انتخاب کرده، دشوار است. او می‌گوید: « برخی آزمایش‌ها نشان می‌دهند که اسیدهای آمینه‌ی غیرطبیعی نیز ممکن است در الفبای ژنتیکی موجودات زنده دخیل شوند اما تقریباً ناممکن است که یک دوره‌ی زمانی کافی از تکامل حیات را برای مقایسه‌ی صحیح عوض‌و‌بدل شدن الفبای اسیدهای آمینه به‌طور آزمایشی شبیه‌سازی کنیم. درنتیجه، پژوهش‌هایی مانند کار فیلیپ و فریلند درکی جذاب از موضوع به ما می‌دهند و چارچوبی برای فرمول‌بندی فرضیه‌هایی فراهم می‌کنند که می‌توان آن‌ها را در آزمایشگاه آزمود».

 

اسیدهای آمینه در شهاب‌سنگ‌ها

همین حالا مسابقه‌ای برای یافتن اسیدهای آمینه در هر جایی از منظومه‌ی شمسی آغاز شده است. برخی بر این باورند که این مولکول‌ها به همان میزان که در ابعاد وسیعی در شهاب‌سنگ‌های فرودآمده از فضا بر زمین یافته شده‌اند، در مأموریت‌هایی نظیر کاوش‌گر استارداست ناسا، که در سال 1383 از گیسوی دنباله‌دار ویلت 2 نمونه‌برداری کرد، نیز به دست خواهند آمد.

فریلند می‌گوید: «همه‌ی نشانه‌ها گویای این واقعیت‌اند که اسیدهای آمینه در سراسر کهکشان کشف خواهند شد، ظاهراً آن‌ها آشکارا سنگ‌بنای سازنده‌ی حیات به‌شمار می‌آیند».

پرسش درباره‌ی جعبه‌ابزار اسیدهای آمینه‌ی حیات نه‌تنها در تلاش برای یافتن منشأ پیدایش حیات در زمین جذابیت دارد، بلکه در رابطه با وجود حیات در دیگر سیارات و – در این‌صورت – این‌که آن‌ها چه شکلی دارند هم بسیار جالب است. پژوهشگران به‌ویژه این را بررسی می‌کنند که چطور مجموعه‌ی متفاوتی از سنگ‌بنا‌های سازنده‌ی اسیدهای آمینه ممکن است در حیاتی که ایجاد می‌کنند ویژگی‌هایی متفاوت بروز بدهند.

فریلند می‌گوید: «این برای ما بزرگ‌ترین سوال است و ما در تلاش برای یافتن پاسخی برای این پرسش هستیم که، اگر بتوانیم مجموعه اسیدهای آمینه‌ی سازنده‌ی خودمان را دست‌کاری کنیم، بر پروتئین‌های ما چه اثری ممکن است داشته باشد. و موضوع جذاب این‌که هیچ‌کس هنوز نمی‌داند».